罐区伺服液位计通讯接口的冗余配置方式

[摘 要]随着我国石化企业的发展和自动化的进步，工厂对储罐自动计量的要求已不再是原来的单一计量要求，而是进一步扩展到了库存计量、倒罐计量、输送计量、安全监督等方面。作为罐区最重要的液位测量仪表，近几年来大量采用了进口的雷达和伺服液位计，为管理多台液位计，每个厂家都使用各自的通讯协议和通讯接口单元与其上位监控平台通讯。储罐液位计通常为冗余配置，但其通讯接口单元却是冗余环节中较薄弱的环节，大部分罐区多台液位计只配一个通讯单元。文章主要探讨DCS与霍尼韦尔的恩拉福（ENRAF）伺服液位计的通讯接口单位（CIU）之间的冗余配置方式，以期为相关人员提供参考。

[关键词]储罐；伺服液位计；CIU；冗余；配置

[中图分类号]TQ221.211 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2024）06–0089–03

Redundant Configuration of Communication Interface for Servo Level Gauge in Tank Area

ZHENG Wei

[Abstract]With the development of petrochemical enterprises and the progress of automation in our country， the requirements for automatic measurement of storage tanks in factories are no longer the original single measurement requirements， but have further expanded to inventory measurement， tank pouring measurement， transportation measurement， safety supervision， and other aspects. As the most important liquid level measuring instrument in the tank area， imported radar and servo liquid level meters have been widely used in recent years. In order to manage multiple liquid level meters， each manufacturer uses their own communication protocol and communication interface unit to communicate with their upper monitoring platform. Tank level gauges are usually redundant configurations， but their communication interface unit is a weaker link in the redundant link. Most tank areas have multiple level gauges equipped with only one communication unit. The article mainly explores the redundant configuration method between the communication interface unit （CIU） of DCS and Honeywell’s ENRAF servo level gauge， in order to provide reference for relevant personnel.

[Keywords]storage tanks； servo level gauge； CIU； redundancy； allocation

储罐液位计要求选用连续测量型液位仪表[1]，常用的类型有雷达液位计、伺服液位计、磁致伸缩液位计、静压液位计等，其中雷达和伺服液位计较为常见，尽管这几年国产伺服液位计有不错的发展，但目前进口产品仍占据主要地位。罐区需要高准确度的液位仪表，前述的雷达和伺服液位计准确度达到了±1 mm以内，可以很好地满足计量要求，或作为计量仪表的辅助参考仪表要求。此外，储罐液位计还需要参加储罐的高、低液位联锁动作，因此设计时通常会在1个储罐上安装多台液位计，以满足2oo2或2oo3的联锁测量仪表冗余配置要求，从避免共因失效的角度出发，冗余的液位计宜采用原理不同，如1台雷达液位计和1台式伺服液位计，或二台原理相同但厂家不同的液位计[2]。

雷达液位计和伺服液位计的应用场合各有不同，雷达液位计适用于重质油品、轻质油品、烃类物料等介质的储罐液位连续测量，而伺服液位计则比较适用于轻质油品、非腐蚀性轻质烃类液体等储罐，不太适用于黏稠液体。从原理上说，伺服液位计在使用上优于其他种类的液位计，其不仅可以准确地测量液位高度，还可以测量不同液位的分界面、储罐内液体的单点温度、平均温度、平均密度等，因此1台伺服液位计也可称为1套混合式储罐自动计量系统[3]。

1 ENRAF伺服式液位计网络构架介绍

ENRAF伺服液位计的网络框架示意如图1所示，其中，CIU Prime 与现场伺服液位计之间采用ENRAF公司的现场总线协议（BPM），主要完成现场数据的采集，包括液位、温度、压力、密度、报警状态、界位、气相温度和其他相关数据等。1台CIU Prime CIU最多可以配备4个BPM接口，每个BPM接口支持 15台表，1台CIU Prime可以接入至多50个液位计。4个BPM接口的数据采集是并行工作的，这种方式使执行全部液位计的扫描周期只需2～4 s。CIU Prime还提供二路Modbus通讯协议的RS–232/485输出，其中一路可以连接到用户的DCS、PLC等系统，用于监控，另一路可以连接到ENRAF公司的Ensite现场仪表调试软件，用于对现场伺服液位计的远程调试和诊断。

2 ENRAF伺服液位计CIU冗余设置介绍

CIU冗余设置可以通过ENRAF公司的Entis Pro库存管理软件来实现，该软件较贵，且一般情况下，用户有自己的库存管理软件，不会购买该软件，故文章不做介绍。下面以PKS DCS为例，介绍不依赖Entis Pro软件，通过DCS控制来实现两台888CIU冗余功能的方法。

2.1 连接2台CIU

CIU冗余配置通讯线的接法如图2所示，同步线的作用是同步2台CIU888设备的数据库，此外，每台CIU888的RS485输出都需要连接到DCS中，以实现DCS与CIU888之间的通讯冗余，而Ensite与CIU888 之间的RS232/485通讯线，只能连接其中1台CIU，若需要连接到另1台CIU888时，需要人为插拔转接。RS485通讯线的做法是：DB9端口2和3短接为RS485负，7和8短接为RS485正。

2.2 CIU888的软件版本

只有较高软件版本的CIU888才支持Modbus RS485/RS232和Modbus冗余功能，此外，根据不同的CIU888软件版本，还需要对CIU配置相应的CIU Service Tool，需注意，CIU888的不同软件版本所需的CIU Service Tool不相同，不能混用。

2.3 2台CIU888都升级完成

将Ensite计算机网线插入到主CIU888的Service端口，对主CIU进行各储罐的组态配置并下装到CIU 888中，下装完成后可以通过操作面板检查主 CIU888的BPM板卡是否正确显示，所带的液位计是否在状态条显示，检查无误后再对辅CIU更新，只要通过操作辅机的齿轮图标，然后选择“Redundancy”，再选择“Prefered second”，辅机就会自动同步主CIU的数据库。任何时候只有1台CIU设备处于工作激活状态，通过控制面板可以看到冗余设备一主一备的工作状态，图3中左边的CIU大写的“P”在前，小写的“s”在后，代表其是主CIU，且主CIU正在工作，右边的CIU小写的“s”在前，大写的“P”在后，代表其是辅CIU，目前正在工作的是主CIU。

2.4 CIU的冗余切换

采用DCS发送MODBUS RTU指令来实现的，使用功能码5，DCS通过Modbus Coil指令发送1值到0000地址就可以实现CIU888主从切换。在DCS中要使用功能码5需选择图4中的 “01 Read Coils”。

无论辅机和主机都可以通过0000地址写入0和1切换，1表示激活当前连接的CIU888，0表示待机当前连接的CIU888，如果当前机器处于待机，则指令无效。

2.5 CIU888冗余切换机制

DCS发送指令给任意1台CIU设备启用或停用指令，该设备会在4 s内完成启用或停用的响应，另外1台设备会自动通过冗余网络更新数据库，执行相应的停用或启用指令，2台CIU之间的完全切换需要20 s，故一般30 s以后才可以再次切换回来，需注意，CIU888的冗余切换完全依赖于DCS的通讯检查机制，一旦DCS检测到RS485通讯中断，DCS会发出数据中断报警，这时再通过DCS的Modbus写命令执行切换指令，关闭在运行的1台CIU，同时启动另1台。

2.6 冗余切换功能测试

以上配置完成后，可以通过模拟1台CIU888设备故障（拔掉RS485线）或拔掉电源，以观察是否会切换。

3 结束语

现代储运自动化管理系统，将各类现场仪表设备与企业管理系统高度集成在一起，对各类液体产品以最有效的方式进行工艺操作，每时每刻为企业提供实时的计量数据，既保证了生产运营安全有序地进行，又最大限度地降低了运行成本。伺服式液位计作为一款主要的罐区液位测量仪表，其自身的可靠性和准确度已得到用户广泛的认可，但其自带的通讯单元CIU是回路中一个较薄弱的环节。实际经验表明，CIU故障时有发生，特别是在南方多雷地区，加之罐区所在位置较空旷，更易遭受雷击[4]，CIU若不冗余，故障后将导致罐区多台液位指示丢失，不仅影响公司生产日报的发布，严重时还会导致与输送物料相关的装置降量甚至停工，故伺服液位计的CIU冗余配置具有重要现实意义。

参考文献

[1] 任玉超.基于DCS的石油化工仪表控制系统设计[J].化工设计通讯，2022，48（1）：33-36.

[2] 王宗亚.液态烃的无动力输送[J].石油化工设计，1997（3）：43-45.

[3] 张华莎.石油化工罐区自动控制系统和生产管理系统[J].石油化工自动化，2016，52（1）：7-14.

[4] 李万银.石油化工液化烃球罐消防水系统设计浅谈[J].山东化工，2023，52（3）：193-196.